CN118001903A - 一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳捕集装置 - Google Patents

Abstract

本申请具体公开了一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳捕集装置，该吸收塔包括塔体，塔体底部开设富胺液排出口，填料层设置于富胺液排出口上方；淋液分流组件设置于烟气入口上方，包括依次设置的导流板、导液槽、中心筒、托盘和引流管，导流板下方设置有支撑筒，中心筒与烟气入口连通，导流板和支撑筒之间留有烟气流通口，导流板的一端位于导液槽的上方，导液槽固定在中心筒上方，导液槽与托盘连通，引流管的进液端与托盘连通，引流管的出液端位于填料层顶部。淋液分流组件和填料层配合使用能够显著降低富胺液夹带氧气含量。同时，二氧化碳捕集装置使用该二氧化碳吸收塔，经过加热解析、冷凝、气液分离，得到纯度高达99.9%的二氧化碳产品。

Description

一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳捕集装置

技术领域

本申请涉及二氧化碳捕集的技术领域，更具体地说，它涉及一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳捕集装置。

背景技术

随着温室效应问题日益严重，二氧化碳捕集利用和封存技术(CCUS)作为一种可持续发展的解决方案逐渐受到国际社会的认可和采纳。CCUS是指将二氧化碳从工业排放源中分离后直接加以利用或者封存。

目前，CCUS一般利用化学吸收法捕获二氧化碳，其原理如下：使用烷醇胺作为吸附剂，在第一阶段，烟气与吸收塔中的溶剂反应以捕获二氧化碳。随后，富液被输送到汽提塔，在高温下再生二氧化碳,再生后的溶液(贫液)经贫富液换热器及冷却器冷却后被送回吸收塔。基于上述原理，公开号为CN209630847U的专利公开了一种烟囱排放气用二氧化碳捕集回收装置，该装置虽然能够对烟气中的二氧化碳进行捕捉，但该装置仍然存在如下缺陷：装置运行过程中烟气中夹带有少量氧气，氧气容易随着富胺液进入二氧化碳分离器内，并随着气相二氧化碳进入二氧化碳水冷凝器中，二氧化碳产品内最终混杂有氧气，从而导致了二氧化碳产品的纯度下降。

发明内容

为了解决现有二氧化碳捕集回收装置生产的二氧化碳产品纯度低的问题，本申请提供一种二氧化碳吸收塔和二氧化碳捕集装置。

第一方面，本申请提供一种二氧化碳吸收塔，采用如下的技术方案：

一种二氧化碳吸收塔，包括：

塔体，所述塔体侧壁开设有烟气入口，所述塔体底部开设有富胺液排出口，所述塔体顶部开设有贫胺液流入口；

填料层，设置于所述富胺液排出口上方，所述填料层由鲍尔环填料和/或阶梯环填料组成；

淋液分流组件，设置于所述烟气入口上方，包括沿富胺溶液流动方向依次设置的导流板、导液槽、中心筒、托盘和引流管，所述导流板下方设置有支撑筒，所述中心筒和所述导流板通过所述支撑筒连接，所述中心筒与所述烟气入口连通，所述导流板和所述支撑筒之间留有供烟气流出的间隙，此间隙为烟气流通口，所述导流板的一端位于所述导液槽的上方，所述导液槽固定在所述中心筒上方，所述导液槽与所述托盘连通，所述引流管的进液端与所述托盘连通，所述引流管的出液端位于所述填料层顶部。

通过采用上述技术方案，含有氧气和二氧化碳的烟气从烟气入口进入二氧化碳吸收塔内，烟气向上流动；由于中心筒与烟气入口连通，烟气从中心筒的通孔中向上流动，流经支撑筒与导流板之间的烟气流通口，与贫胺液进行接触。贫胺液是指未吸收的二氧化碳的特种胺液，贫胺液从贫胺液流入口流动流入塔内，与烟气发生逆向接触，充分吸收二氧化碳，转变为富胺液；富胺液沿着导流板流动至导液槽上方，并汇集在导液槽内，通过导液槽分流至托盘中，通过引流管流动至填料层顶部。淋液分流组件起到缓冲作用，能够减少富胺液与烟气直接碰撞，减少富胺液内的气泡含量。同时，富胺液流经填料柱汇集在塔底，由于填料层的环壁开孔，改善了气、液体的分布性能，让氧气与富胺液形成的小气泡在填料层中不规则运动，小气泡形成大颗粒，气泡破裂，氧气逸出富胺液，氧气不易被富胺液夹带，从而保证从富胺液排出口流入二氧化碳解析塔的富胺液能够释放出高纯度的二氧化碳气体。

进一步的，所述导流板呈锥状。

通过采用上述技术方案，锥状设置能增加富胺液沿导流板表面流动的速度，加速富胺液在导液槽内的汇集。

进一步的，所述淋液分流组件上方设置有规整填料，所述规整填料位于所述贫胺液流入口下方。

通过采用上述技术方案，规整填料提升了贫胺液的吸收效率，加快烟气从烟气流通口的流出速率，弥补烟气流通口的设置导致烟气吸收速率降低的缺陷。

进一步的，所述贫胺液中特种胺的浓度为21-27wt%，特种胺与活化剂的比率为1.4-2.0。

通过采用上述技术方案，特种胺由脂环胺和环形胺组成。调整特种胺和活化剂的比率，能够大大降低特种胺降解的可能性；同时，由于富胺液中氧气的含量极少，能够降低富胺液在二氧化碳加热解析过程中氧化变质的可能性，特种胺降解的可能性降低，可以长时间保证循环量，捕捉浓度低至0.3wt%的二氧化碳。

进一步的，所述贫胺液的运行温度为40-45℃。

通过采用上述技术方案，在此温度范围内，贫胺液对二氧化碳吸收效率最优，超过此温度范围，贫胺液吸收二氧化碳需要花费更多能量，增加更多能耗。

第二方面，本申请提供一种二氧化碳捕集装置，采用如下技术方案：

一种二氧化碳捕集装置，包括：

二氧化碳吸收塔，为前述二氧化碳吸收塔；

二氧化碳解析塔，与所述富胺液排出口连接，加热脱除二氧化碳；

冷凝器，与所述二氧化碳解析塔塔顶的二氧化碳流出口相连；

分离器，与所述冷凝器相连，分离出二氧化碳产品。

通过采用上述技术方案，烟气在二氧化碳吸收塔中被贫胺液充分吸收，形成的富胺液大大降低氧气夹带含量，在二氧化碳解析塔内加热解析过程产生湿二氧化碳气流，湿二氧化碳气流先在冷凝器中冷却呈液体，再在分离器中加热，二氧化碳以气相逸出，与水分离，得到高纯度二氧化碳产品，二氧化碳产品的纯度可达到99.9%。

进一步的，所述二氧化碳吸收塔和所述二氧化碳解析塔之间设置有贫-富液换热器，所述贫-富液换热器的富胺液流入口与所述富胺液排出口连接，所述贫-富液换热器的富胺液流出口与所述二氧化碳解析塔的富胺液流入口相连；所述二氧化碳解析塔底部设置有再生贫胺液流出口，所述再生贫胺液流出口与所述贫-富液换热器的再生贫胺液流入口相连，所述贫-富液换热器的再生贫胺液流出口和所述二氧化碳吸收塔顶部相连。

通过采用上述技术方案，贫-富液换热器可以使得再生贫胺液的热量传递给低温的富胺液，富胺液和再生贫胺液都能够更接近各自的工作温度，一方面能够节约能耗，另外一方面富胺液在热量交换过程中有少量二氧化碳气体会析出，形成半贫液新动态，进入二氧化碳解析塔时，二氧化碳解析塔塔底分压低，所需推动力小，二氧化碳解析塔的能耗降低。因此，二氧化碳捕集装置整体的能耗降低。

进一步的，所述贫-富液换热器与所述二氧化碳吸收塔之间设置有过滤除沫组件，所述过滤除沫组件包括活性炭过滤器，所述贫-富液换热器的再生贫液管线与所述活性炭过滤器的入口连通，所述活性炭过滤器的出口与所述二氧化碳吸收塔连通。

通过采用上述技术方案，再生贫胺液中含有表面活性剂，表面活性剂可被活性炭过滤器过滤吸收，从而降低再生贫液循环吸收过程中产生泡沫的可能性，从而提升二氧化碳捕集装置运行的稳定性。

进一步的，所述过滤除沫组件还包括机械保安过滤器，所述机械保安过滤器的筛网精度为50～100μm，所述机械保安过滤器的液体流入口与所述贫-富液换热器的再生贫液管线连通，所述机械保安过滤器的液体流出口与所述活性炭过滤器入口连通。

进一步的，所述过滤除沫组件还包括精密保安过滤器，所述精密保安过滤器的筛网精度为0.1～5μm，所述精密保安过滤器的液体流入口与所述活性炭过滤器出口连通，所述精密保安过滤器的液体流出口与所述二氧化碳吸收塔塔顶连通。

通过采用上述技术方案，采用两种过滤精度的过滤器对再生贫胺液进行过滤，能够对再生贫胺液中混杂的金属颗粒、灰尘、气溶胶等多种杂质进行充分去除，从而保证洁净的再生贫胺液稳定地在二氧化碳捕集装置中循环。

进一步的，所述分离器底部的冷凝液出口与所述二氧化碳解析塔的塔顶相连。通过采用上述技术方案，分离塔分离得到的冷凝液主要为含有特种胺的水溶液，冷凝液由泵直接打入二氧化碳解析塔顶部，减少特种胺的流失，同时能够控制二氧化碳解析塔塔顶的温度。

附图说明

图1为二氧化碳吸收塔的剖面结构示意图。图2为二氧化碳捕集装置的示意图。

附图标记：1、二氧化碳吸收塔；11、塔体；111、烟气入口；112、贫胺液流入口； 113、烟气出口；114、富胺液排出口；12、规整填料；13、淋液分流组件；131、导流板；132、支撑筒；133、导液槽；134、中心筒；135、托盘；136、引流管；137、烟气流通口；14、填料层；2、贫-富液换热器；3、二氧化碳解析塔；4、冷凝器；5、分离器；6、过滤除沫组件；61、机械保安过滤器；62、活性炭过滤器；63、精密保安过滤器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更加清楚。需要说明的是，附图采用了非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

实施例

实施例1

图1为二氧化碳吸收塔的剖面结构示意图。参见图1，一种二氧化碳吸收塔，包括塔体11，塔体11的侧壁开设有烟气入口111，经过前期预处理的烟气或者尾气通过烟气入口111持续送入塔内。

参见图1，塔体11顶部开设有贫胺液流入口112和烟气出口113，贫胺液通过贫胺液流入口112进入至塔体11内。贫胺液的组分包括特种胺和活化剂，其中，特种胺的浓度为21-27wt%，特种胺与活化剂的比率为1.4-2.0。调整特种胺和活化剂的比率，能够大大降低特种胺降解的可能性。

参见图1，塔体11内安装有规整填料12，规整填料12位于贫胺液流入口112下方，贫胺液从规整填料12的孔隙结构中均匀流出，提升了贫胺液的传质效率。控制贫胺液的运行温度为40-45℃，此温度范围内，贫胺液对二氧化碳吸收效率最优。

参见图1，规整填料12下方安装有淋液分流组件13，淋液分流组件13包括导流板131、支撑筒132、导液槽133、中心筒134、托盘135和引流管136。托盘135固定在塔体11的内壁上，隔绝烟气直接与贫胺液的直接接触。中心筒134固定安装在托盘135上，中心筒134内部开设有多个通孔（图中未示出），与烟气入口111连通，供烟气仅通过中心筒134向上流动。支撑筒132和导液槽133设置有多个，支撑筒132和导液槽133均固定在中心筒134上，且支撑筒132和导液槽133依次交替间隔排布。支撑筒132与中心筒134连通，支撑筒132位于导流板131下方，用于支撑导流板131，使得导流板131的一端位于导液槽133上方。支撑筒132与导流板131之间留有间隙，此间隙为烟气流通口137。烟气从烟气流通口137流出，与贫胺液逆流接触。烟气内的二氧化碳被特种胺吸收，贫胺液转变为富胺液。

参见图1，富胺液沿着导流板131的外表面流动，汇集至导液槽133内。导液槽133的槽口与托盘135连通，每个导液槽133内的富胺液均能分流至托盘135上。引流管136固定在托盘135底部。引流管136的进液端与托盘135表面连通，引流管136的出液端连接在填料层14的顶部。淋液分流组件13减小了烟气的流动速率，起到了缓冲作用，烟气与贫胺液直接碰撞的概率大大降低，减少富胺液夹带的气泡含量。由于富胺液中氧气的含量极少，能够降低特种胺在二氧化碳加热解析过程中氧化变质的可能性，特种胺降解的可能性降低，可以长时间保证循环量，捕捉浓度低至0.3wt%的二氧化碳。

参见图1，填料层14可以由鲍尔环填料或者阶梯环填料或者鲍尔环填料与阶梯环填料共同组成。由于鲍尔环填料和阶梯环填料均在环壁上开有孔，充分利用了环内的面积，改善了气、液的分布性能。富胺液通过填料层14汇集在塔体11底部。富胺液在填料层14流动过程中氧气形成的小气泡发生不规则运动，小气泡形成大颗粒，气泡破裂，氧气逸出富胺液，氧气不易被富胺液夹带。

参见图1，塔体11底部开设有富胺液排出口114，富胺液从富胺液排出口114流出，进行后续加热解析操作，得到高纯度二氧化碳气体。同时，洁净的烟气流经规整填料12，从烟气出口113排放。

实施例2

图2为二氧化碳捕集装置的示意图。参见图2，一种二氧化碳捕集装置，包括依次连接的二氧化碳吸收塔1、贫-富液换热器2、二氧化碳解析塔3、冷凝器4和分离器5，完成对烟气中二氧化碳的吸收和释放，产出高纯度二氧化碳产品。

参见图1和图2，二氧化碳吸收塔1的具体结构同实施例1，二氧化碳吸收塔1的富胺液排出口114与贫-富液换热器2的富胺液流入口连通，贫-富液换热器2的富胺液流出口与二氧化碳解析塔3的富胺液流入口连通，富胺液在贫-富液换热器2中升温，流入至二氧化碳解析塔3内。二氧化碳解析塔3内升温至解析温度，富胺液吸收的二氧化碳逸出，随水蒸汽和少量特种胺蒸发至二氧化碳解析塔3塔顶，汇集成湿二氧化碳气体。

参见图2，二氧化碳解析塔3塔顶的二氧化碳流出口与冷凝器4的液体流入口连通，湿二氧化碳气体流入至冷凝器4中，冷凝器4对湿二氧化碳气体进行冷凝，得到溶解有二氧化碳气体的冷凝液。冷凝器4的液体流出口与分离器5的液体流入口连通，冷凝液流入至分离器5中。分离器5内加热，使得溶解的二氧化碳以气相逸出，实现二氧化碳和冷凝液的分离。二氧化碳从分离器5的气体排出口排出，收集，得到纯度可达到99.9%的二氧化碳产品。分离器5底部的冷凝液出口与二氧化碳解析塔3的塔顶连通，分离塔分离得到的冷凝液主要为含有特种胺的水溶液，冷凝液泵入二氧化碳解析塔3中，由于冷凝液的温度远低于二氧化碳解析塔3的塔内温度，可以控制二氧化碳解析塔3塔顶的温度。同时，还能减少特种胺的流失。

参见图2，完成解析的胺液为再生贫胺液，汇集在二氧化碳解析塔3塔底。由于二氧化碳解析塔3塔底的再生贫胺液流出口与贫-富液换热器2的再生贫胺液流入口连通，再生贫胺液流入至贫-富液换热器2中，将再生贫胺液的热量传递给低温的富胺液，富胺液和再生贫胺液都能够更接近各自的工作温度，一方面能够节约能耗，另外一方面富胺液在热量交换过程中有少量二氧化碳气体会析出，形成半贫液新动态，进入二氧化碳解析塔3时，二氧化碳解析塔3塔底分压低，所需推动力小，二氧化碳解析塔3的能耗降低。

参见图2，贫-富液换热器2与二氧化碳吸收塔1之间设置有过滤除沫组件6，过滤除沫组件6包括依次连通的机械保安过滤器61、活性炭过滤器62和精密保安过滤器63。贫-富液换热器2的再生贫液管线与机械保安过滤器61的液体流入口连通，机械保安过滤器61的液体流出口与活性炭过滤器62入口连通，活性炭过滤器62出口与精密保安过滤器63的液体流入口连通，精密保安过滤器63的液体流出口与二氧化碳吸收塔1塔顶连通。机械保安过滤器61的筛网精度为50～100μm，精密保安过滤器63的筛网精度为0.1～5μm，再生贫胺液先经过机械保安过滤器61的筛网去除再生贫胺液中混杂的金属颗粒、灰尘、气溶胶等多种粗颗粒杂质，继而在活性炭过滤器62中吸附除去再生贫胺液中的表面活性剂，最后再由精密保安过滤器63进行二次除杂，除去再生贫胺液的细小颗粒杂质，从而保证回流入二氧化碳吸收塔1的再生贫胺液洁净，且不易产生泡沫，保证二氧化碳捕集装置地稳定运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。且，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二氧化碳吸收塔，其特征在于，包括：

塔体(11)，所述塔体(11)侧壁开设有烟气入口(111)，所述塔体(11)底部开设有富胺液排出口(114)，所述塔体(11)顶部开设有贫胺液流入口(112)；

填料层(14)，设置于所述富胺液排出口(114)上方，所述填料层(14)由鲍尔环填料和/或阶梯环填料组成；

淋液分流组件(13)，设置于所述烟气入口(111)上方，包括沿富胺溶液流动方向依次设置的导流板(131)、导液槽(133)、中心筒(134)、托盘(135)和引流管(136)，所述导流板(131)下方设置有支撑筒(132)，所述中心筒(134)和所述导流板(131)通过所述支撑筒(132)连接，所述中心筒(134)与所述烟气入口(111)连通，所述导流板(131)和所述支撑筒(132)之间留有供烟气流出的间隙，此间隙为烟气流通口(137)，所述导流板(131)的一端位于所述导液槽(133)的上方，所述导液槽(133)固定在所述中心筒(134)上方，所述导液槽(133)与所述托盘(135)连通，所述引流管(136)的进液端与所述托盘(135)连通，所述引流管(136)的出液端位于所述填料层(14)顶部。

2.如权利要求1所述的一种二氧化碳吸收塔，其特征在于：所述导流板(131)呈锥状。

3.如权利要求1所述的一种二氧化碳吸收塔，其特征在于：所述贫胺液中特种胺的浓度为21-27wt%，特种胺与活化剂的比率为1.4-2.0。

4.如权利要求1所述的一种二氧化碳吸收塔，其特征在于：所述贫胺液的运行温度为40-45℃。

5.一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：包括：

二氧化碳吸收塔(1)，为权利要求1-4中任意一项所述的二氧化碳吸收塔(1)；

二氧化碳解析塔(3)，与所述富胺液排出口(114)连接，加热脱除二氧化碳；

冷凝器(4)，与所述二氧化碳解析塔(3)塔顶的二氧化碳流出口相连；

分离器(5)，与所述冷凝器(4)相连，加热使得气液分离，得到二氧化碳产品。

6.如权利要求5所述的一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳吸收塔(1)和所述二氧化碳解析塔(3)之间设置有贫-富液换热器(2)，所述贫-富液换热器(2)的富胺液流入口与所述富胺液排出口(114)连接，所述贫-富液换热器(2)的富胺液流出口与所述二氧化碳解析塔(3)的富胺液流入口相连；所述二氧化碳解析塔(3)底部设置有再生贫胺液流出口，所述再生贫胺液流出口与所述贫-富液换热器(2)的再生贫胺液流入口相连，所述贫-富液换热器(2)的再生贫胺液流出口和所述二氧化碳吸收塔(1)顶部相连。

7.如权利要求6所述的一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述贫-富液换热器(2)与所述二氧化碳吸收塔(1)之间设置有过滤除沫组件(6)，所述过滤除沫组件(6)包括活性炭过滤器(62)，所述贫-富液换热器(2)的再生贫液管线与所述活性炭过滤器(62)的入口连通，所述活性炭过滤器(62)的出口与所述二氧化碳吸收塔(1)连通。

8.如权利要求7所述的一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述过滤除沫组件(6)还包括机械保安过滤器(61)，所述机械保安过滤器(61)的筛网精度为50～100μm，所述机械保安过滤器(61)的液体流入口与所述贫-富液换热器(2)的再生贫液管线连通，所述机械保安过滤器(61)的液体流出口与所述活性炭过滤器(62)入口连通。

9.如权利要求8所述的一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述过滤除沫组件(6)还包括精密保安过滤器(63)，所述精密保安过滤器(63)的筛网精度为0.1～5μm，所述精密保安过滤器(63)的液体流入口与所述活性炭过滤器(62)出口连通，所述精密保安过滤器(63)的液体流出口与所述二氧化碳吸收塔(1)塔顶连通。

10.如权利要求5所述的一种二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述分离器(5)底部的冷凝液出口与所述二氧化碳解析塔(3)的塔顶相连。